1. 詳細描述潮解過程、風化過程
-在相對濕度低於100%時,固體溶解形成溶液的過程稱作潮解。
-在固體變成液體的過程中,熵是增加的,因此潮解是平衡變換,不是核化過程(熵減小過程)。
-當濕度低於潮解點時,幹粒表面吸附水汽分子,但水量不足以破壞晶格;隨著濕度增大,吸收水份增加,最終溶解無機鹽。
-已吸收水分打斷部分離子鍵,並使之離開固體;這些隔離在液體中的離子覆蓋顆粒,阻礙水分子蒸發;
-水汽壓降低(溶質效應)導致從環境中吸收更多水分子,進一步溶解固體;
-水汽吸收過程持續,直至固體完全消失,整個粒子變成液體溶滴的一部分。
-超過潮解點後,濕度增加導致吸收更多水汽以及溶滴的增長。
高濕環境下( S > S_{deliq} ),溶滴隨濕度的變化是可逆的。
-當S 降至 S_{deliq} 之下時,液滴保持液體狀態。
-當環境濕度下降時,液滴蒸發失去水分,溶質濃度升高,則溶液變得相對於固體溶質為過飽和。
-降至某一點,溶質過飽和度達到閾值,此時固體溶質成核,則原幹粒子無機鹽重生。
液滴形成固態溶質,則熵減小,故風化是核化現象,可用均相核化原理描述。因核化的隨機性,風化在某濕度范圍內發生。
2. 為何小顆粒潮解點比較高?
-由於曲率效應,小粒子潮解所需飽和比大於整體;即潮解點 S_{deliq,ptcl} 大於整體潮解點 S_{deliq,bulk}
在固定溶質濃度分數情況下,由於曲率效應,小顆粒的所需的平衡水汽壓大於大顆粒的平衡水汽壓,因此小顆粒潮解點所需的飽和比也較高。
3. 從穩定性方面比較霾滴與雲滴的區別
- 霾滴與雲滴的重要區別,即未活化粒子向活化粒子的轉化,是增長/蒸發特征對於擾動的響應。
-霾滴半徑小於 r_c ,位於上升支,梯度 d_{S_K}/d_{r_d} > 0 ,穩定平衡態
-雲滴半徑大於 r_c ,梯度 d_{S_K}/d_{r_d} < 0 ,不穩定平衡態。
當環境濕度 RH_e 位於駝峰之上,液滴不管大小,都將增長,則 S^* 稱為臨界過飽和度;與S^*對應水滴平衡半徑,稱為臨界半徑。
- RH_e 即使沒有達到100%,很小的液滴也能增長!
- 水滴將很快位於曲線之下,即不飽和,因此將縮小。
- 水滴將剛好位於曲線上,既不增長也不縮小。
半徑大於臨界半徑的水滴,總是處於過飽和條件下,因此不斷增長。
4. 幹粒徑氣溶膠臨界過飽和度與其粒徑之間的關系,並推導
最有效CN具有最低臨界飽和比或臨界過飽和度 s_cequiv S_c-1
因 s_cpropto N_s^{-1/2} ,由 N_s=V_p n_s=(pi/6)D_p{}^3(rho_s/M_s), ,則 s_{c} propto D_{p}^{-3 / 2} :幹粒徑越大, s_c 越小。定量關系如下圖:
-大粒子 小於0.1%;小粒子 超過10%。
-小粒子極限(即分子簇),所需過飽和度與均相核化相同。
-大氣中最大過飽和度低於10%,因此粒徑大於0.01mm的粒子定為CCN,即圖中陰影區。
5. 吸濕參數κ測量的兩種方式,並給出計算原理
-吸濕參數Kappa (Petters & Kreidenweis, 2007)是化學成分的指標
估算k方法之一:吸濕增長因子(GF)
估算k方法之二: CCN活化觀測
下圖為降蒎酸,活化粒子分數隨幹粒徑的變化。
對於某一給定過飽和度,小粒子活化率很低,而大粒子活化比率較高。可以用一反曲(S形)函數擬合,其中50%處粒徑稱作該過飽和度下的活化直徑。
6. 寫出吸濕參數κ的ZSR關系
ZSR關系 : kappa 是氣溶膠體積的線性組合。
S(D)=frac{D^{3}-D_{d}^{3}}{D^{3}-D_{d}^{3}(1-kappa)} exp left(frac{4 sigma_{s / a} M_{w}}{R T rho_{w} D}right)
假設 1: 體積可加性
假設 2: ZSR關系
kappa=varepsilon_{1} kappa_{1}+varepsilon_{2} kappa_{2}+cdots+varepsilon_{n} kappa_{n}
學習筆記內容 根據中科院大氣所 卞建春老師授課《大氣物理學》 整理,僅作學習用途!!!
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